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Los investigadores han desarrollado una nueva técnica de edición de genes para remodelar completamente el genoma. Denominada “edición puente”, permite, entre otras cosas, inducir cambios mucho más significativos de los que son posibles actualmente con la técnica CRISPR, en particular insertando directamente nuevas secuencias de ADN en el genoma. Esto le confiere un nivel de precisión nunca antes alcanzado con las técnicas de edición actuales.
Los sistemas guiados por ARN han revolucionado nuestra comprensión del genoma. Entre estos sistemas se encuentra la técnica de edición de genes CRISPR, que funciona como “tijeras” moleculares guiadas por ARN guía (ARNg). La técnica permite, entre otras cosas, seccionar y modificar una secuencia genética específica personalizando el ARNg.
Todo el proceso está mediado por la proteína CRISPR Cas. El término Cas se refiere a una nucleasa que se une a un ARN CRISPR corto (ARNcr) dirigido a las secuencias de ADN o ARN relevantes. Las endonucleasas Cas9 y Cas12 escinden el ADN, mientras que Cas13 escinde el ARN. Cuando la herramienta molecular escinde la secuencia objetivo, la célula induce sistemáticamente un proceso de reparación. La escisión se lleva a cabo repetidamente hasta que la célula muta naturalmente induciendo un error de reparación.
Sin embargo, aunque la técnica CRISPR permite inducir una mutación en sitios específicos, su nivel de precisión es relativamente limitado. Corta y daña secuencias objetivo para inactivarlas, lo que la convierte en una técnica más destructiva que de edición.
Para remediar esto, se han propuesto versiones mejoradas de CRISPR, que permiten, por ejemplo, modificar directamente secuencias objetivo en lugar de depender de ciclos de reparación-mutación. Algunos permiten modificar las bases de nucleótidos sin pasar por el proceso de escisión, mientras que otros permiten que los ARNg se conviertan en ADN y se inserten en la secuencia objetivo. Sin embargo, también en este caso la precisión sigue siendo limitada.
Un equipo del Instituto Arc, la Universidad de California en Berkeley, Stanford y Tokio propone una nueva técnica de edición programable que permite insertar directamente nuevas secuencias de ADN en el genoma utilizando “puentes de ARN”, una nueva categoría de ARN guía. Esto mejoraría significativamente la precisión de la edición de genes utilizando una única secuencia de inserción.
« El sistema de puentes de ARN es un mecanismo fundamentalmente nuevo para el diseño del genoma “, explica en una publicación de blog del Arc Institute el investigador principal del estudio, Patrick Hsu, también profesor de bioingeniería en la Universidad de California en Berkeley. “ La recombinación puente puede modificar universalmente el material genético mediante inserción, escisión, inversión de secuencias específicas y más, lo que permite una edición del genoma vivo más eficiente que CRISPR. ».
“Bridge RNA”: un adaptador universal que permite apuntar a cualquier parte del genoma
Descubierto en bacterias y arqueas, el nuevo sistema de edición molecular estudiado por el equipo se basa en una secuencia denominada “inserción 110 (IS110)”. Es parte de un gran conjunto de secuencias transponibles (o “genes saltadores”) que cortan, se mueven dentro del genoma y luego se pegan (o insertan) entre dos cadenas específicas.
Estas breves secuencias están presentes en las células de todos los seres vivos y han evolucionado hasta convertirse en auténticas herramientas de manipulación del ADN. IS110 en particular consiste en un gen que codifica una enzima recombinasa, responsable de la recombinación genética. Es un proceso que conduce a la modificación de la asociación física entre dos segmentos de ADN.
Expertos en un nuevo estudio, publicado en la revista
Naturaleza — utilizó microscopía crioelectrónica para estudiar las estructuras moleculares del complejo puente de ARN-recombinasa. Progresaron en etapas desde el proceso de escisión de IS110 hasta la fase de recombinación.
Descubrieron que cuando se elimina IS110 del genoma, los extremos no codificantes de la cadena de ADN se unen para producir dos bucles de ARN puente. Uno de los bucles se une a IS110 mientras que el otro se une a la cadena objetivo donde se insertará la nueva secuencia, lo que convierte al ARN puente en el primer ejemplo de un ARNg biespecífico. Luego, la recombinasa induce el proceso de inserción.
Por otro lado, cada puente de ARN es programable, lo que permite asociar cualquier secuencia de ADN diana y donante. En otras palabras, la herramienta permite insertar cualquier secuencia de ADN en cualquier ubicación genómica objetivo. “ Estos puentes de ARN programables distinguen a IS110 de otras recombinasas conocidas, que no contienen un componente de ARN y no pueden programarse. “, explica el coautor principal del estudio, Nicolas Perry, también del Instituto Arc y la Universidad de California. Para hacer la analogía, “es como si el puente ARN fuera un adaptador de corriente universal que hace que el IS110 sea compatible con cualquier toma de corriente”, afirma.
Ver también
Los elementos genéticos móviles IS110 expresan un ncRNA (no codificante) unido por su recombinasa codificada. aRepresentación esquemática de la secuencia de la proteína recombinasa IS110. bRepresentación esquemática de la estructura y ciclo de vida de un elemento IS110. CUn árbol filogenético de raíz media construido a partir de 1.054 secuencias de recombinasa IS110. dDistribución de longitudes de extremos no codificantes en ocho familias IS. miGráfico de cobertura de secuenciación de ARN de extremos no codificantes concatenados de IS621 y cinco ortólogos relacionados expresados a partir de su promotor endógeno en bacterias E. coli . FRepresentación de una recombinasa IS621 marcada fluorescentemente con ncRNA de tipo salvaje o codificado para medir la constante de disociación de equilibrio (KD). gramo, Estructura secundaria de consenso de ncRNA construida a partir de 103 secuencias IS110. ©
Matthew G. Durrant y otros.
Precisión de más del 94%
Este mecanismo confiere al nuevo sistema un nivel de precisión que nunca podría obtenerse con la técnica CRISPR. Al probar bacterias Escherichia coliel equipo demostró que la eficiencia de insertar un gen determinado era superior al 60%, mientras que la capacidad de insertarlo en la ubicación correcta era superior al 94%.
Además, la técnica permite recombinar dos cadenas de ADN sin liberar los extremos previamente escindidos de estas últimas. Estas secuencias denominadas “cicatrices” constituyen una limitación importante de las técnicas de edición genética utilizadas actualmente.
Sin embargo, es importante señalar que hasta ahora la técnica solo se ha probado en bacterias y aún está por demostrar su eficacia en otros tipos de células, incluidas las humanas. Sin embargo, en última instancia, podría abrir el camino a nuevos tipos de terapias genéticas. Según los expertos, las futuras investigaciones se centrarán en aplicar la herramienta a células humanas, mejorar su precisión y eficiencia, así como explorar posibles funciones adicionales.
Vídeo explicativo del estudio:
